Mouvement régénératif

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Concernant mouvement régénératif

Types d'entraînement régénératif

Un entraînement régénératif est un type d'entraînement moteur qui permet la régénération. Il permet de renvoyer de l'énergie à la source d'alimentation lorsqu'un moteur est actionné. Cela se fait par un système motorisé. Un système d'entraînement régénératif est utilisé dans les véhicules électriques, les machines industrielles et les trains. La régénération permet la conversion de l'énergie électrique en énergie cinétique. Ce processus peut alimenter les moteurs d'un système. L'entraînement régénératif est conçu pour différentes applications. Ils incluent :

  • Entraînements à courant continu

    Ces entraînements utilisent des courants directs. Ils se caractérisent par le contrôle de l'armature et le contrôle du champ. La méthode de contrôle de l'armature est utilisée dans les entraînements qui ont une excitation séparée. Elle permet de réguler la vitesse en variant la tension de l'armature. Le contrôle de l'armature est largement utilisé dans les moteurs à enroulement série. Il offre un contrôle de la vitesse en modifiant la force du champ magnétique. La technique de contrôle du champ est utilisée dans les moteurs à enroulement parallèle. Elle varie le courant du champ pour contrôler la tension de l'armature.

  • Entraînements à courant alternatif

    Ces entraînements utilisent des courants alternatifs. Ils incluent des entraînements de moteurs à induction et des entraînements de moteurs synchrones. Les entraînements de moteurs à induction utilisent des rotors à cage d'écureuil et des rotors à enroulement. La cage d'écureuil est utilisée dans la plupart des applications en raison de son faible coût et de sa grande fiabilité. La conception de rotor à enroulement permet d'utiliser une résistance externe pour le contrôle de la vitesse. Le système d'entraînement régénératif peut également être utilisé dans les moteurs à induction triphasés et monophasés. Il fournit un freinage efficace et un contrôle de la vitesse.

  • Entraînements à servomoteur

    Les entraînements à servomoteur sont conçus pour des applications nécessitant une grande précision et un contrôle. Ils intègrent des capteurs et des boucles de rétroaction. Cela permet le suivi des paramètres et le contrôle des moteurs. Ils peuvent être utilisés avec des moteurs à courant continu ou alternatif. Les moteurs AC comprennent des moteurs à servocommande linéaires et rotatifs. Les moteurs linéaires entraînent un mouvement le long d'un chemin droit. Les moteurs rotatifs convertissent l'énergie électrique en mouvement de rotation.

  • Entraînements ferroviaires

    Ces types d'entraînements sont utilisés dans les trains électriques et les locomotives. Ils utilisent des moteurs de traction. Ces moteurs d'entraînement sont alimentés par le freinage régénératif. Cela permet la conversion de l'énergie cinétique en énergie électrique lorsque le train ralentit. Cette énergie peut être renvoyée à la voie pour être utilisée par d'autres trains ou convertie pour être stockée dans le système de batterie embarqué.

  • Entraînements d'ascenseurs

    Ces entraînements sont spécifiquement conçus pour les ascenseurs. Ils utilisent des systèmes de traction ou hydrauliques. Le système de freinage régénératif des ascenseurs à traction recycle l'énergie dans le réseau électrique du bâtiment. Cela se produit lorsque la cabine de l'ascenseur se déplace. Les ascenseurs hydrauliques utilisent un système entraîné par pompe. Ils sont moins courants et n'emploient généralement pas d'entraînements régénératifs.

Fonction et caractéristiques de l'entraînement régénératif

Il existe diverses caractéristiques des entraînements régénératifs, qui incluent :

  • Économie d'énergie

    Les entraînements régénératifs sont une fonctionnalité des variateurs de fréquence (VFD) qui leur permettent de convertir et de renvoyer l'énergie dans l'alimentation électrique. Cette énergie est autrement perdue sous forme de chaleur lors du freinage dynamique. La fonctionnalité régénérative peut être utilisée pour économiser de l'énergie lors de la conduite de charges qui doivent être fréquemment décélérées ou arrêtées, comme les ascenseurs, les grues et les véhicules électriques. On estime qu'il est possible de récupérer et de renvoyer jusqu'à 96 % de l'énergie utilisée pour entraîner le moteur lors d'un trajet.

  • Freinage dynamique

    Une autre caractéristique des entraînements régénératifs est le freinage dynamique. Lors de la décélération ou du mouvement en descente, l'énergie cinétique du moteur est convertie en énergie électrique par le freinage régénératif. Au lieu d'être dissipée sous forme de chaleur dans des résistances, cette énergie est renvoyée à la ligne d'alimentation. Cela est utile pour des applications comme les trains électriques et les véhicules hybrides, où l'énergie peut être utilisée par d'autres véhicules dans le système ou stockée pour un usage ultérieur.

  • Efficacité améliorée

    En récupérant et en réutilisant l'énergie, les entraînements régénératifs améliorent l'efficacité du système. Les économies d'énergie peuvent être significatives au fil du temps, surtout pour les machines fonctionnant en continu avec des cycles d'arrêt et de démarrage fréquents. Cela réduit non seulement les coûts d'utilité pour les entreprises, mais diminue également l'empreinte carbone globale de leurs opérations.

  • Soutien à la tension

    Les entraînements régénératifs fournissent également un soutien en tension à l'alimentation électrique. Lorsque de gros moteurs décélèrent brutalement, les entraînements régénératifs réinjectent de l'énergie dans la ligne, aidant à stabiliser les niveaux de tension et à réduire les pertes dans la ligne. Cela est particulièrement bénéfique pour les grandes installations industrielles avec plusieurs VFD puissants fonctionnant simultanément.

  • Haute performance

    Les entraînements régénératifs disposent d'algorithmes de contrôle permettant une régulation précise du couple et de la vitesse. Cela se traduit par des arrêts en douceur avec une variation minimale de la position de charge. Des fonctionnalités telles que le contrôle anti-crawl et le contrôle de la vitesse de crawl permettent d'effectuer des tâches de positionnement très précises. La capacité de récupérer et de réutiliser l'énergie fait des VFD régénératifs le choix le plus efficace pour des applications haute performance nécessitant des cycles de freinage et d'accélération fréquents.

Scénarios d'entraînement régénératif

Les entraînements régénératifs sont largement utilisés dans diverses industries et applications où l'efficacité énergétique, la performance et le contrôle précis sont importants. Voici quelques scénarios d'utilisation courants :

  • Véhicules électriques (VE)

    Les VE utilisent des entraînements régénératifs pour recharger leurs batteries lors de la décélération et du freinage. Ce processus améliore l'efficacité énergétique en récupérant l'énergie cinétique qui serait sinon gaspillée sous forme de chaleur dans les systèmes de freinage traditionnels. Des exemples notables d'entraînements régénératifs dans les VE incluent la Tesla Model S et la Nissan Leaf.

  • Systèmes ferroviaires

    Les trains et les tramways emploient des systèmes de freinage régénératif qui injectent l'énergie récupérée dans le réseau électrique ou la fournissent à d'autres trains sur la même voie. Cela conserve non seulement l'énergie, mais réduit également la demande de puissance globale du réseau. Un exemple est le tramway municipal de San Francisco (Muni), qui exploite des bus et des trains électriques avec freinage régénératif.

  • Ascenseurs et escaliers mécaniques

    Les ascenseurs et escalators modernes utilisent des entraînements régénératifs pour récupérer de l'énergie lors de la descente ou lors de mouvements plus lents. Cette énergie peut être réutilisée dans le bâtiment ou renvoyée au système électrique. Des entreprises comme Otis et Kone ont développé des systèmes d'ascenseurs régénératifs qui améliorent l'efficacité énergétique, en particulier dans les grands bâtiments.

  • Machines industrielles

    De nombreuses applications industrielles, comme les machines CNC, la robotique et les systèmes de convoyeurs, utilisent des entraînements régénératifs pour atteindre un contrôle précis du mouvement et récupérer de l'énergie. Cela est particulièrement bénéfique dans les applications impliquant des cycles d'accélération et de décélération fréquents. Siemens et Yaskawa sont des fabricants notables d'entraînements régénératifs pour l'automatisation industrielle.

  • Systèmes CVC

    Les entraînements régénératifs sont utilisés dans des variateurs de vitesse (VSD) pour les moteurs contrôlant les ventilateurs et les pompes dans les systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC). Ces entraînements récupèrent de l'énergie lorsque la vitesse du moteur est réduite ou pendant le freinage, contribuant ainsi à l'efficacité globale du système. Des entreprises comme Honeywell et Johnson Controls intègrent des VSD régénératifs dans les systèmes CVC commerciaux et industriels.

  • Vessels marins

    Certains navires et bateaux, en particulier ceux hybrides et électriques, utilisent des entraînements régénératifs pour récupérer de l'énergie à partir des courants océaniques, des vagues ou lorsqu'ils naviguent en descente. Cela peut améliorer l'efficacité énergétique et réduire les émissions. Un exemple est le cargo hybride électrique norvégien, Yara Birkeland, conçu pour fonctionner sur énergie batterie et récupérer l'énergie pendant diverses phases opérationnelles.

  • Réseaux intelligents et intégration des énergies renouvelables

    Les entraînements régénératifs contribuent au développement des réseaux intelligents en permettant des solutions de stockage et de récupération d'énergie. Ils peuvent intégrer plus efficacement des sources d'énergie renouvelable, telles que l'éolien et le solaire, en stockant l'énergie excédentaire pendant les pics de production et en la redistribuant au besoin. Cette application est plus systémique, influençant l'ensemble des écosystèmes énergétiques plutôt que des appareils ou véhicules individuels.

Comment choisir un entraînement régénératif

Lors du choix d'un entraînement régénératif pour diverses applications, il est crucial de prendre en compte différents aspects pour assurer des performances optimales. Voici quelques caractéristiques clés sur lesquelles les propriétaires d'entreprise devraient se concentrer :

  • Puissance nominale

    Il est essentiel de considérer la puissance nominale de l'entraînement régénératif. En effet, différentes applications auront des exigences de puissance différentes. Il est crucial de sélectionner un entraînement dont le niveau de puissance est compatible avec la puissance nominale du moteur de l'application.

  • Compatibilité en tension

    Les propriétaires d'entreprise devraient rechercher des entraînements régénératifs compatibles avec la tension de fonctionnement du moteur entraîné. Les moteurs viennent avec différentes puissances en tension standard. Il est donc important de vérifier la compatibilité avant l'achat.

  • Efficacité

    Les acheteurs devraient rechercher des entraînements régénératifs avec une efficacité de récupération d'énergie élevée. Cela garantira des économies d'énergie maximales et une réduction des coûts opérationnels. Une grande efficacité est cruciale, surtout dans des applications à grande échelle.

  • Capacité de freinage régénératif

    Les propriétaires d'entreprise devraient choisir des entraînements régénératifs avec une capacité de freinage régénératif avancée. Cela permet au système de convertir l'énergie cinétique en énergie électrique lors de la décélération ou du mouvement en descente. L'énergie peut alors être réutilisée, réduisant la consommation énergétique globale.

  • Fonctions de contrôle

    Les acheteurs devraient rechercher des entraînements régénératifs avec des fonctions de contrôle avancées. Par exemple, contrôle orienté champ ou contrôle vectoriel. Ces fonctionnalités garantiront un contrôle précis de la vitesse et du couple dans diverses applications. De plus, des fonctionnalités telles que le contrôle en boucle fermée et le contrôle adaptatif améliorent les performances dans des conditions de fonctionnement variables.

  • Compatibilité

    Il est important de choisir des entraînements régénératifs qui sont compatibles avec les composants du système existant. Par exemple, les contrôleurs logiques programmables (PLC), les moteurs et d'autres systèmes de contrôle. La compatibilité garantit une intégration sans heurt et des performances optimales.

  • Facilité d'utilisation

    Les acheteurs devraient rechercher des entraînements régénératifs avec des interfaces conviviales et des options de programmation simples. Cela améliore la facilité d'utilisation et réduit le temps d'apprentissage pour les opérateurs et les ingénieurs. De plus, un soutien technique adéquat et de la documentation devraient être fournis pour faciliter l'implémentation et le dépannage.

  • Options de personnalisation

    Dans certains cas, il est important de consulter le fabricant de l'entraînement concernant les options de personnalisation. Cela inclut des fonctionnalités et des configurations spécifiques à l'application. De telles personnalisations peuvent optimiser les performances de l'entraînement dans des applications uniques.

Questions et réponses sur l'entraînement régénératif

Q1 : Quelles industries utilisent des entraînements régénératifs ?

A1 : De nombreuses industries utilisent des entraînements régénératifs, y compris l'industrie manufacturière, l'industrie automobile, le secteur pétrolier et gazier, l'industrie textile, l'industrie minière, l'industrie alimentaire et des boissons, ainsi que l'industrie chimique.

Q2 : Quelle est la différence entre un VFD et un entraînement régénératif ?

A2 : Un VFD est utilisé pour contrôler la vitesse d'un moteur électrique en variant la fréquence et la tension de l'alimentation électrique du moteur. En revanche, un entraînement régénératif est un type de VFD qui peut capturer et renvoyer de l'énergie à l'alimentation lors de l'opération en mode de freinage régénératif.

Q3 : Quels sont les inconvénients d'un entraînement régénératif ?

A3 : Le principal inconvénient des entraînements régénératifs est qu'ils sont plus coûteux que les entraînements non régénératifs. Ils nécessitent également une alimentation électrique triphasée et peuvent nécessiter des composants supplémentaires, comme une résistance de freinage, pour fonctionner efficacement.

Q4 : Les entraînements régénératifs peuvent-ils être utilisés avec n'importe quel moteur ?

A4 : Les entraînements régénératifs peuvent être utilisés avec n'importe quel moteur, à condition que le moteur soit capable de freinage régénératif. Les moteurs à induction AC et les moteurs à aimant permanent en sont des exemples.

Q5 : Que sont les entraînements régénératifs ?

A5 : Les entraînements régénératifs sont des systèmes utilisés pour contrôler la vitesse et le couple des moteurs électriques. Ils sont spécialement conçus pour capter l'excès d'énergie cinétique généré par les moteurs lors de la décélération ou du déplacement en descente et le convertir en énergie électrique. Cette énergie est ensuite renvoyée à l'alimentation, améliorant ainsi l'efficacité énergétique globale.

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